JP4981040B2 - Ofdm多元接続システムにおけるドップラ依存の電力制御およびサブキャリア割り当て - Google Patents

Ofdm多元接続システムにおけるドップラ依存の電力制御およびサブキャリア割り当て Download PDF

Info

Publication number
JP4981040B2
JP4981040B2 JP2008515101A JP2008515101A JP4981040B2 JP 4981040 B2 JP4981040 B2 JP 4981040B2 JP 2008515101 A JP2008515101 A JP 2008515101A JP 2008515101 A JP2008515101 A JP 2008515101A JP 4981040 B2 JP4981040 B2 JP 4981040B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transceiver
subcarriers
remote
doppler effect
transceivers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008515101A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008546331A (ja
Inventor
レイフ ウィルヘルムソン,
Original Assignee
テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) filed Critical テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル)
Publication of JP2008546331A publication Critical patent/JP2008546331A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4981040B2 publication Critical patent/JP4981040B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04TPC
    • H04W52/38TPC being performed in particular situations
    • H04W52/42TPC being performed in particular situations in systems with time, space, frequency or polarisation diversity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01Reducing phase shift
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0003Two-dimensional division
    • H04L5/0005Time-frequency
    • H04L5/0007Time-frequency the frequencies being orthogonal, e.g. OFDM(A), DMT
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0037Inter-user or inter-terminal allocation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0044Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path allocation of payload
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0058Allocation criteria
    • H04L5/006Quality of the received signal, e.g. BER, SNR, water filling
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0058Allocation criteria
    • H04L5/0062Avoidance of ingress interference, e.g. ham radio channels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0058Allocation criteria
    • H04L5/0066Requirements on out-of-channel emissions
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0078Timing of allocation
    • H04L5/0085Timing of allocation when channel conditions change
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04TPC
    • H04W52/18TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/28TPC being performed according to specific parameters using user profile, e.g. mobile speed, priority or network state, e.g. standby, idle or non transmission
    • H04W52/282TPC being performed according to specific parameters using user profile, e.g. mobile speed, priority or network state, e.g. standby, idle or non transmission taking into account the speed of the mobile
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04TPC
    • H04W52/30TPC using constraints in the total amount of available transmission power
    • H04W52/34TPC management, i.e. sharing limited amount of power among users or channels or data types, e.g. cell loading
    • H04W52/346TPC management, i.e. sharing limited amount of power among users or channels or data types, e.g. cell loading distributing total power among users or channels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657Carrier synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0091Signaling for the administration of the divided path
    • H04L5/0096Indication of changes in allocation

Description

本発明は、無線通信システムにおいて1つの送受信機から、少なくとも2つの遠隔送受信機へデジタルデータシンボルを送信する方法に関する。この送信方法は、直交周波数分割多重方式を用い、利用可能な複数のサブキャリアは複数の遠隔送受信機で共用される。本発明はさらに、無線通信システムにおいて、少なくとも2つの遠隔送受信機へデジタルデータシンボルを送信するための送受信機と、それに対応したコンピュータプログラムと、コンピュータ可読の記録媒体、に関する。
マルチメディア・アプリケーション、ビデオおよびラジオ放送、移動通信などのような、無線アプリケーションは、広帯域通信の分野に対してますます増大する需要を持っている。直交周波数分割多重(OFDM)は、これらの高速無線アプリケーションに対して有望なアクセス技術である。直交周波数分割多重を用いれば、高い時間分散性を持つチャネルを通して高いデータレートの伝送を、比較的に複雑でない方法で行うことができる。そして、これまでに、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)に用いる伝送方式として、また、DVB−TおよびDVB−Hのようなデジタルビデオ放送、DABのようなデジタルオーディオ放送の標準の伝送方式として、採用されている。さらに、第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)は、OFDMを第3世代の移動システム(3G)の長期の展開に対して有望な無線アクセス技術であると考えており、OFDMは、長期にわたり競合性を保証できる3G標準のひとつとするように計画されている。この長期展開は、また時には、スーパー3Gとも呼ばれている。OFDMはまた、第4世代の移動システム(4G)の無線アクセス技術と考えられてもよいであろう。
他の技術に比べて、OFDMを用いる1つの利点は、チャネルの周波数選択性が非常に強い時に得られる。単一キャリアを用いる技術では、周波数選択性の強いチャネルで信頼性の高い通信を行うためには、非常に複雑なチャネル等化器が必要であることを通常は意味する。マルチキャリアシステムであるOFDMを基本としているシステムでは、情報を多くの直交サブキャリアに載せて伝送することにより、これが回避される。マルチキャリアシステムでは、それぞれのサブキャリアのシンボルレートを低くでき、結果として、シンボルの継続時間が長くなり、マルチパス分散に対するより高い耐性を容易に得ることができる。さらに、OFDMでは、マルチパスチャネルの効果を容易に補償できるようにするために、サイクリックプレフィックス(CP)と呼ばれる、また、ガードインターバル(GI)として知られる区間を各シンボルに挿入してシンボルの長さが長く引き延ばされる。このガードインターバルの長さが、チャネルの遅延スプレッドの最大値より長ければ、先行のシンボルの全ての反射は取り除くことができる。
OFDMシステムが正常に動作するための決定的な条件は、サブキャリアの間の直交性が保たれることである。もし、サブキャリアの間の直交性が保たれなければ、動作性能は大きく低下してしまう。なぜサブキャリアの間の直交性が失われてしまうかに関しては、いくつかの理由がある。例えば、周波数誤差、時間ドリフト、位相雑音、そして、おそらく最大の要因は、ドップラスプレッドである。ドップラスプレッドは、例えば、受信機が移動をしていて、受信信号が、いくつかの伝搬路(パス)を伝搬して、それぞれ異なった角度で受信機に到達し、それらが合成される場合に起こる。
OFDMにおけるサブキャリアの数は、大きな遅延スプレッドを扱う能力と高いドップラレベルでも正常に動作する能力とのトレードオフで決められる。サブキャリアの数が多ければ、OFDMシンボルの有効な部分の継続時間が長くなるであろう。従って、大きなオーバーヘッドが生じることなく、大きなガードインターバルを用いることができる。一方、この場合には、サブキャリアの周波数間隔が狭くなり、それによって、システムは、特に、ドップラ効果に対してより敏感になる。
ドップラ効果の問題は、主として、キャリア間干渉(ICI)によって起こる。これは、あるサブキャリアの情報が、隣接するサブキャリアに漏れることを意味する。ICIによる効果は、基本的にはノイズフロアとなって現れる。従って、ドップラレベルが高いときには、実効スループットが減少してしまう、または、受信機の中にICIを補償する何らかの手段を施さなければならないので、ロバストな変調方式を用いなければならない。このことは、受信機の構成が、本質的に複雑になることを意味する。
もし、サブキャリア相互の直交性が保たれており、送信機側でチャネルに関する情報が得られるほどにチャネルが十分に遅く変化しているとすれば、信号対雑音比(SNR)の大きいサブキャリアに対しては、より大きな変調アルファベットを、SNRの小さいサブキャリアに対しては、よりロバストな(より小さな)変調アルファベットを、用いることができる。このチャネルの用い方は、しばしば、注水、またはビットローディングといわれる。OFDMが多元接続のために用いられるときには、すなわち、送信信号が異なった複数の受信機で受信されること意図しているときには、ビットローディングと同様な考え方も適用できる。すなわち、ユーザにサブキャリアを割り当てる際に、異なるサブキャリアにおいて異なるユーザのチャネルがどのように見えるかに基づいて割り当てることも出来る。この方法はよい結果を与えるかもしれないが、方法として複雑であり、チャネルに関する情報が正確に得られなければならないことを意味する。特に、後者の方法は、チャネルが急速に変化しているときには問題を起こす可能性がある。また、ドップラ効果は、チャネルがどのようであるかの推定がより困難になるという問題であるばかりでなく、上記で述べたあるサブキャリアから隣接サブキャリアへの信号の漏れを引き起こし、それによって動作性能に影響を与える問題でもある。
上記で述べたように、問題は、サブキャリアの数が遅延スプレッドを扱う能力と高いドップラレベルを扱う能力とのトレードオフで決められるという点である。このトレードオフは、多くのユーザが存在するときには、ユーザごとに行うことはできず、最悪ケースを仮定した条件で行われなければならない。このことは、もし、ユーザが非常に異なった状態でドップラ効果の影響を受けている場合、効率のよい解決は得られないことを意味している。さらに、ビットローディングの形の多元接続に対するアルゴリズムは、チャネルがどのように見えるかに基づいており、ある何人かのユーザは、非常によいチャネルであるにもかかわらず、高いドップラレベルゆえに低いパフォーマンスしか得られない。
Luis Loyalaらによる、”A New Transmission and Multiple Access Scheme based on Multicarrier CDMA for Future High Mobile Networks”,14th IEEE 2003 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communication Proceedings, ISBN 0-7803-7822-9は、移動ユーザが、低速、中速、および高速の3つのモビリティクラスに分類できる場合のマルチキャリアDS−CDMA(直接拡散符号分割多元接続)システムに関して述べている。この中では、中速と高速のユーザに対しては、連続していないサブキャリアを割り当て、キャリア間干渉をさらに低減するために、異なったユーザには異なった拡散符号が割り当てられることが述べられている。しかしこの方法は、通常のOFDM(plain OFDM)システムには適さない。
従って、本発明の目的は、高速で移動し大きなドップラ効果を受けている送受信機が、ドップラ効果による送受信機の受信品質を損なうことなく、OFDM信号の受信を改善する方法を提供することである。
本発明によれば、この目的は、前記遠隔送受信機で受けたドップラ効果の強度に関する情報を提供するステップと、前記ドップラ効果の強度に関する情報に従ってそれぞれの遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てるステップと、前記ドップラ効果の強度に関する情報に従ってそれぞれの前記遠隔送受信機へ送信される電力レベルを制御するステップとを備える方法によって達成される。
それぞれの遠隔送受信機が受けるドップラ効果に従って遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てる場合に、受けたドップラ効果によって生じる、同じ送受信機に属する2つのサブキャリアの間の自己干渉を減少させるように、サブキャリアを割り当てることができる。それぞれの送受信機が受けたドップラ効果に従って遠隔送受信機の電力を制御するときに、高いドップラレベルを持つ送受信機に対してはより高い電力レベルを送信するように制御することができる。これによって、より低いドップラレベルを持つ他の送受信機に負の効果を与えることなく、これらのドップラレベルの高い送受信機での信号対干渉比を改善することができる。このように、OFDMと多元接続を基本としたシステムのパフォーマンスを改善できる。
サブキャリアを割り当てるステップが、より小さいドップラ効果を受けている遠隔送受信機に割り当てる少なくとも1つのサブキャリアにより、比較的大きいのドップラ効果を受けている遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアを分割するステップを含む場合、サブキャリアは周波数方向に離れるので高いドップラレベルを持つ送受信機のサブキャリアのキャリア間干渉の低減が保証される。
いくつかの実施形態では、サブキャリアを割り当てるステップが、最も大きいドップラ効果を受けている遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てるステップと、2番目に大きいドップラ効果を受けている遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てるステップと、受けているドップラ効果の大きい順に、それぞれの遠隔送受信機に、順次にサブキャリアを割り当てて行き、このようにして、全ての送受信機にサブキャリアを割り当てるステップとを備える。最も悪いドップラ条件をもつ送受信機が最初にサブキャリアを割り当てられるので、この方法はサブキャリアを割り当てる方法として有効な方法である。
いくつかの実施形態では、サブキャリアを割り当てるステップが、それぞれの送受信機で、自己干渉が最小になるように、サブキャリアの周波数を極力遠くに分割するステップを備える。代替としては、サブキャリアを割り当てるステップが、それぞれの送受信機で、自己干渉が前もって決められた限界以下になるように、サブキャリアの周波数を引き離すステップを備えてもよい。このように、自己干渉はある程度のレベルは残るが、十分に減衰させることができる。他の実施例では、サブキャリアを割り当てるステップが、遠隔送受信機を、比較的大きいドップラ効果を受けている第1のグループと、比較的小さいドップラ効果を受けている第2のグループとに区分けするステップと、第1のグループの遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアと第2のグループの遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアとをインターレース配置するステップとを備える。
電力レベルを制御するステップは、前記のドップラ効果の強度に関する情報から、それぞれの遠隔送受信機が受けているキャリア間干渉のレベルを推定するステップと、この推定したキャリア間干渉のレベルから、それぞれの遠隔送受信機について信号対雑音比を推定するステップと、この推定した信号対雑音比に従って、それぞれの遠隔送受信機へ送信される電力レベルを更新するステップとを備えてもよい。この場合に、電力レベルを更新するステップは、前記の推定した信号対雑音比が事前に決められた参照値より低い遠隔送受信機に対して送信する電力レベルを、上昇させるステップを備えてもよい。
いくつかの実施形態では、ドップラ効果の強度に関する情報を提供するステップが、遠隔送受信機から受信したデジタルデータシンボルにより送受信機の中でその強度を推定するステップを備える。ドップラ効果の強度が送受信機の中で推定されるときには、この情報が遠隔送受信機から送信される必要はない。この原理は、2つの送受信機の間の相対速度は相反的であるという事実を利用している。ただし、アップリンクとダウンリンクとは異なった周波数で伝送されるかもしれないので、チャネルに関する相反性は保証されないかも知れない。代替として、ドップラ効果の強度に関する情報を提供するステップが、この情報を遠隔送受信機から受信するステップを備える。
これまでに述べたように、本発明は無線通信システムにおいて少なくとも2つの遠隔送受信機へデジタルデータシンボルを送信するための送受信機に関する。ここに、送受信機は直交周波数分割多重を用いて、利用可能な複数のサブキャリアが遠隔送受信機で共用される。送受信機が、遠隔送受信機が受けるドップラ効果の強度に関する情報を提供する回路と、ドップラ効果の強度に関する情報に従ってサブキャリアをそれぞれの遠隔送受信機に割り当てる割り当て装置と、ドップラ効果の強度に関する情報に従ってそれぞれの遠隔送受信機へ送信される電力を制御する電力制御装置とを備える場合に、OFDMと多元接続を基本にしたシステムの動作性能を改善する送受信機が実現される。
割り当て装置が、より小さいドップラ効果を受けている遠隔送受信機に割り当てる少なくとも1つのサブキャリアにより、比較的大きいのドップラ効果を受けている遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアを分割するよう構成されている場合、サブキャリアは周波数方向に離れるので高いドップラレベルを持つ送受信機のサブキャリアのキャリア間干渉の低減が保証される。
いくつかの実施形態では、サブキャリアの割り当て装置は、最も大きいドップラ効果を受けている遠隔送受信機にサブキャリアを割り当て、2番目に大きいドップラ効果を受けている遠隔送受信機にサブキャリアを割り当て、受けているドップラ効果の大きい順に、それぞれの遠隔送受信機に、順次にサブキャリアを割り当て、このようにして、全ての送受信機にサブキャリアを割り当てるように構成される。最も悪いドップラ条件をもつ送受信機が最初にサブキャリアが割り当てられるので、この方法はサブキャリアを割り当てる方法として有効な方法である。
いくつかの実施形態では、キャリアの割り当て装置は、それぞれの送受信機で、自己干渉が最小になるように、サブキャリアの周波数を極力遠くに引き離すように構成される。代替としては、キャリアの割り当て装置は、それぞれの送受信機で、自己干渉が前もって決められた限界以下になるように、サブキャリアの周波数を引き離すように構成されてもよい。このように、自己干渉はある程度のレベルは残るが、十分に減衰させることができる。他の実施例では、割り当て装置は、遠隔送受信機を、比較的大きいドップラ効果を受けている第1のグループと、比較的小さいドップラ効果を受けている第2のグループとに区分けを行い、第1のグループの遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアと第2のグループの遠隔送受信機に割り当てるサブキャリアとを交互に配置して割り当てるように構成される。
電力制御装置は、前記のドップラ効果の強度に関する情報から、それぞれの遠隔送受信機が受けているキャリア間干渉のレベルを推定し、この推定されたキャリア間干渉のレベルから、それぞれの遠隔送受信機について信号対雑音比を推定し、この推定した信号対雑音比に従って、それぞれの遠隔送受信機へ送信される電力レベルを更新するように構成されてもよい。この場合に、電力制御装置は、前記の推定した信号対雑音比が事前に決められた参照値より低い遠隔送受信機に対して送信する電力レベルを、上昇させることにより更新するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、ドップラ効果の強度に関する情報を提供する回路が、遠隔送受信機から受信したデジタルデータシンボルにより送受信機の中でその強度を推定するように構成される。ドップラ効果の強度が送受信機の中で推定されるときには、この情報は遠隔送受信機から送信される必要はない。この原理は、2つの送受信機の間の相対速度は相反的である、という事実を利用している。ただし、アップリンクとダウンリンクとは異なった周波数で伝送されるかもしれないので、チャネルに関する相反性は保証されないかも知れない。代替として、ドップラ効果の強度に関する情報を提供する回路が、この情報を遠隔送受信機から受信するように構成することもできる。
本発明は、また、上記で説明した方法を実行するためのプログラムコードを持つ、コンピュータプログラムと、コンピュータ可読の記録媒体に関する。
本発明は図面を参照して、以下でより詳しく説明される。
図1は、無線通信システムの基地局1と移動局2が互いに通信をしている状況を示している。一例として、基地局1から送信された信号は移動局2によって受信される。しかしながら、送信された信号は、基地局から移動局へ、複数の伝搬路(マルチパス)に沿って伝搬する。この場合に、直接に伝わり障害物に妨害されない伝搬路3があるが、その直接伝搬路に加えて、周辺の物体からの反射波が複数の間接伝搬路を生じさせる。そのような伝搬路のうち2つの伝搬路が図には示されている。1つの間接伝搬路4は家屋5からの反射であり、もう1つの間接伝搬路6は他の建造物7からの反射によって引き起こされる。これらの伝搬路の合わせられたものが基地局1から移動局2へのチャネルを決める。
間接伝搬路4および6を通って伝送される信号は、直接伝搬路3を通って伝送される信号と比べて、移動局に到達するまでにより長い距離を伝搬するので、同じ信号が異なった時刻すなわち異なった遅延時間で移動局2において受信されることになる。
従って、もし、信号が基地局1から送信されれば、移動局2で受信される電力Pは時刻tの関数となり、図2のように表されるであろう。これは、基地局から移動局までのマルチパスチャネルのチャネルインパルス応答(cir)に対応した電力遅延プロファイルの一例を示している。図2において、τmaxは、チャネルの最も長い伝搬路と最も短い伝搬路との間の遅延スプレッドを示している。この遅延スプレッドが信号の伝送に問題を引き起こす。すなわち、もし、送信されたデータのシンボルレートに比べて、遅延スプレッドが大きければ、異なったシンボルが互いに干渉するので、シンボル間干渉(ISI)が生じる。高いデータレートの場合には、数100のシンボルが互いに干渉しあうこともあり、この干渉を取り除くための受信機の中の手段は、相当に複雑なものになるであろう。
データレートを減少することなくシンボルレートを減少させる1つの方法は、マルチキャリアによる考え方を用いることである。もとのデータストリームが、対応したより低いシンボルレートを持つ複数の並列のデータストリームに多重化される。これらの並列データストリームのそれぞれで、異なった周波数のサブキャリアを変調し、その結果得られた信号は同じ周波数帯の中で送信される。典型的には、多くの、すなわち、数100または数1000もの、異なったサブキャリア周波数が必要になるであろう。そして、これらの周波数は互いに非常に近接することになり、特別な手段をとらない限り、受信機の中でサブキャリアを分離することは極めて複雑になるであろう。直交周波数分割多重(OFDM)方式の考え方はこのようにして生まれたものである。
OFDMにおいては、変調は単純な逆離散フーリエ変換で実行され、逆高速フーリエ変換(IFFT)により逆離散フーリエ変換は効率よく実行される。受信機では、逆の操作を行うための高速フーリエ変換だけが必要である。これは図3に示されている。図では、ユーザデータストリームは、最初にシリアル−パラレル変換装置11でN個の並列データストリームに多重化される。そして、N個のデータストリームは、IFFTブロック12の中で逆高速フーリエ変換(IFFT)を用いて、N個のサブキャリアを変調する。Nはまた、IFFTのサイズと呼ばれる。変調は、直交振幅変調(QAM)またはn相位相変調(n−PSK)のような、これまでによく知られた多くの方法に従うことができる。その結果得られた、変調されたすべてのサブキャリアを含む信号は、OFDMシステムにおけるベースバンド信号であり、主無線周波数を変調するのに用いられる。無線周波数に乗った信号はチャネル13を通して受信機側に送信され、N個のデータストリームはFFTブロック14の中で高速フーリエ変換を用いて復調され、パラレル−シリアル変換装置15で、もとのデータストリームに逆多重化される。
FFTとIFFTとは、基本的には、同じ様に定義される。すなわち、入力系列{X(k)}=X(0),X(1),・・・,X(N−1)に複素周波数ej2πkn/N(ここで、n=0,1,・・・,N−1)が乗じられる。IFFT/FFTから、それぞれが異なったnに対応したN個の出力が得られるであろう。このように、N個の出力x(n)を表すIFFTは、正弦関数の和として、下式で定義されるであろう。
Figure 0004981040
フーリエ変換の定理よれば、矩形のパルス波形はsin(x)/xの形をしたサブキャリアのスペクトルになる。矩形のパルス波形は上記で述べたように、OFDMの伝送に選択された波形である。従って、単一のサブキャリアに対するフーリエ変換は図4に示したようになるであろう。または、フーリエ変換の振幅スペクトルだけを考えれば図5のようになる。明らかなように、異なったサブキャリアが互いに近接して配置されるので、それらのスペクトルは分離されてはいない。それらは重なった部分を持つ。それでもサブキャリアで伝送される情報を、受信機でもとの形に戻すことができるのは、直交関係と呼ばれる特性によるものである。変調にIFFTを用いることにより、伝送中に直交性が保存されていたならば、サブキャリアの周波数間隔は、受信機で1つのサブキャリアを得たときに、そのサブキャリアのところには他のサブキャリアの持つ信号がないように選択されるのである。これは図6に示されている。図では、8個のサブキャリアの場合の重なったスペクトルを示している。矢印は受信機で判断するサブキャリアの周波数である。そして、その周波数では他のサブキャリアは零になっていることが分かる。
IFFTにより変調される信号が直交している理由は以下の通りである。ベクトルexp(j2πkn/N)はN次元複素ベクトルの直交基底を形成する。2つの異なったnの値、例えば、n’とn”、に対して、複素周波数は周期の整数倍だけ異なっている。これは下式で表される。
Figure 0004981040
最後の等式は幾つかの方法で導くことができる。それぞれの項は単位円上の点と見ることができる。そして全部の和が重心で、これは原点であろう。実際に計算しても容易に結果が得られる。
図3と図6には、例示目的で、8周波のサブキャリアの場合のIFFTを示す。しかし、実際のシステムでは、サブキャリアの数はもっと多い。現在知られているシステムでは、IFFTのサイズ、すなわち、サブキャリアの数は通常64から8192まである。
シンボル間干渉をさらに低減するために、サイクリックプレフィックス(CP)と呼ばれる、またはガードインターバル(GI)として知られている区間をシンボルに加えることにより、OFDMのシンボル長を長くする。CP(またはGI)は、それぞれのデータシンボルの最後の部分(すなわち”テール”)を周期的にコピーし、先頭部分(プレフィックス)としてシンボルの先頭部に付加することにより作られる。これは図7に示されている。図7では、Tがシンボルの有効な部分の長さで、Tはガードインターバルの長さである。Tがチャネルの最大遅延時間τmaxより長い限り、受信の時に受信機の中ではガードインターバルを無視することにより、先行のシンボルのすべての反射を取り除くことができる。そして、シンボル間干渉を回避することができる。
上記で説明したように、OFDMシステムの考え方は、サブキャリア相互の間の直交性によって、受信機で評価された特定のサブキャリアの周波数において他のすべてのサブキャリアはその周波数で零となるであろう、という考えに基づいている。従って、OFDMシステムでは、信号が伝送される間にサブキャリア間の直交性が保持されることが、システムが正しく動作するための決定的な要因である。もしこれが達成されなければ、動作性能は甚だしくて低下してしまう。なぜサブキャリア間の直交性が失われてしまうかに関しては、いくつかの理由がある。例えば、周波数の誤差、時間ドリフト、位相雑音、そして、おそらく最も大きな要因は、ドップラスプレッドである。
受信機が送信機に対して相対的に移動しているときは、ドップラ効果により周波数が異なって観測される(周波数誤差となる)。単一の伝搬路のチャネルでは、ドップラ効果は、単純なドップラシフトによる周波数誤差となり、これは、送信機と受信機が正確には同一周波数を用いていないことから生じる周波数誤差と区別ができない。図6では、単純なドップラシフトによる周波数誤差の結果、8周波のサブキャリアスペクトルが、サブキャリアの周波数として受信機で判断された値を示す矢印のところから相対的にシフトすることになるであろう。従って、サブキャリアは、もはや、スペクトルの最大値で判断された周波数ではなくなってしまうであろう。さらに大切なことは、最大値でサブキャリアと判断された周波数のところで、他のサブキャリアは、もはや零ではなくなるであろう。すなわち、直交性が保持されなくなる。しかしながら、単純なドップラシフトは推定と除去が容易であり、ドップラスプレッドの場合とは異なるものである。
通信チャネルがマルチパス伝搬で特徴付けられるときには、種々の異なった伝搬路を通して異なった方向から信号が届き、それらは異なったドップラシフトを持っている。方向角が0とπの時にドップラシフトが最大になる。すなわち、受信機が送信機に向かってまっすぐに近づく、または遠のく時である。ドップラシフトはこれらの2つの方向角に対して異なった符号を持つであろう。そして、この2つの値の間のすべてのドップラ周波数があり得る。マルチパス伝搬では、信号電力が多くの部分に分かれて伝搬し、それぞれが異なった伝搬路を通り、異なったドップラシフトを受けるであろう。その結果、図6に示されたスペクトルは、上記で述べたように判断の矢印から相対的にシフトするばかりでなく、”ぼやけた(blurred)”形になるであろう。この様子が図8と図9に示されている。図8は、単一のサブキャリアに対するスペクトルであり、図9は、図6に対応する8サブキャリアに対するスペクトルである。もはや直交性が十分には保持されていないことを見ることができる。図9は、ドップラスプレッド(ここで述べたように、スペクトルは”やけて”いる)の影響ばかりでなく、ドップラシフト(スペクトルは、サブキャリアであると判断された周波数を示す矢印から相対的にシフトしている)の影響をも示している。
これまで述べてきたように、FFT/IFFTのサイズ、すなわち、サブキャリアの数、は、大きな遅延スプレッドを扱う能力と高いドップラレベルで良好に動作する能力とのトレードオフを基本として決められる。大きなサイズのFFTが用いられれば、OFDMシンボルの有効な部分の継続時間Tは、大きくなるであろう。従って、大きなオーバーヘッドが生じることなく、大きなサイクリックプレフィックスを用いることができる。一方で、サブキャリアの周波数間隔は1/Tに等しく、サイズの大きいFFTでは、この周波数間隔は減少する。従って、システムは特にドップラ効果に対してより敏感になる。ドップラ効果から生じる問題は、主として、ドップラ効果によるキャリア間干渉(ICI)である。このことは、情報があるサブキャリアから隣接するサブキャリアに漏れることを意味している。これは図9にも描かれている。ICIの影響は、基本的にはノイズフロアとなって現れる。
OFDMが多元接続に用いられる場合には、すなわち、サブキャリアが複数のユーザによって共用される場合には、異なったユーザに対するチャネルは、チャネルのインパルス応答、ドップラ効果などに関して、非常に異なった特性を持つ可能性がある。サブキャリアが複数のユーザによって共用されるのは、例えば、移動電話システムで信号が基地局と複数の移動端末との間を伝送される場合である。このような場合には、ユーザは、ドップラ効果を非常に異なった形で受け、そのため、あるユーザは高い信号対雑音比(SNR)があるにもかかわらず、高いドップラレベルによって、動作性能が低いということもあり得る。しかし、IFFT/FFTのサイズは、もちろん、全てのユーザに共通であり、また、サイズは、多くのユーザが存在する場合には、”最悪ケース”を考えて選定しなければならないので、上記で述べた、遅延スプレッドとドップラ効果との兼ね合いは、ユーザごとに取ることはできない。
以下に、OFDMシステムにおいてドップラスプレッドの効果を低減するソリューションが説明される。このソリューションは、異なったユーザは、典型的には、非常に異なった速度で移動しているであろうという事実、従って、ユーザの被るICIの程度も相当大きな変動を持つであろうという事実、に基づいている。ICIはユーザが比較的高速で移動していることによって生じるので、どのユーザがICIを被り、どのユーザがそうでないのかを決めることは容易である。それぞれのユーザにサブキャリアを割り当てるときに、この情報を用いることによって、それぞれのユーザが一連の連続したサブキャリアを割り当てられた場合に比べて、ずっと効率のよい電力制御が可能である。
ここで説明するソリューションは、OFDMが用いられ、用いられるサブキャリアは2人以上のユーザで共用される場合に関している。とくに、このソリューションは、信号が基地局から異なった複数のユーザに送信されるときには、ユーザは非常に異なったドップラ効果を受けるかも知れないという事実を考慮に入れることを提案している。このソリューションは、速い速度で移動するユーザは、遅い速度で移動するユーザよりも高いICIを受けるであろうという事実に関わる効果を実効的に考慮している。ある特定の周波数ビンで受けるICIは、最も近接するサブキャリアからの漏れによって引き起こされるので、もしユーザに連続したサブキャリア(FFTのビン)が割り当てられれば、出力電力を上げることは、実質的にはICIに影響を与えない。従って本発明では、それぞれのユーザに対するサブキャリアの割り当ては、それぞれのユーザはそれぞれ異なったドップラ効果を受けているということを考慮に入れて行うことを提案している。特に、情報を運ぶサブキャリアで、高いドップラレベルを持つユーザのものと、低いドップラレベルを持つユーザのものとが、インターリーブ配置されるようにサブキャリアを割り当てる、という方法が開示される。ある特定のサブキャリアへのICIの主な原因は、周波数が最も近接したサブキャリアからくるので、ICIを軽減する手段として、電力制御を用いることができる。ここに開示される方法は、ユーザの間に生ずる全部のICIを、広く分布させることによりシステムの動作性能を改善するという柔軟な手段であると見ることができる。
開示する方法を説明しやすくするため、最初は、2人のユーザがチャネルを通して通信をしていて、片方のユーザは速い速度で移動をしており、他方のユーザは基本的には静止している場合を想定する。
利用可能なサブキャリアを2人のユーザに分配する1つの方法は、図10に示すように、下半分の周波数をユーザ1に割り当て、上半分の周波数をユーザ2に割り当てる方法であろう。すると、高速で移動しているユーザ1が受信するスペクトルは、図9に示すようなものになるであろう。しかし、左端から4つのサブキャリア周波数がサブキャリアとして判断されるであろう。一方、静止しているユーザ1の受信するスペクトルは、図6に示すようなものになるであろう。しかし、右端から4つのサブキャリア周波数がサブキャリアとして判断されるであろう。このように、ユーザ2に対しては直交性が保持されるが、ユーザ1に対しては保持されない。利用可能なスペクトルを2人のユーザに分配する方法として、この方法は、従来技術であると考えられる。
本開示の中では、上記の方法ではなく、図13に示すように、2つ目ごとのサブキャリアをユーザ1が用い、残りをユーザ2が用いるという分配の方法が提案される。受信スペクトルは、先と同じように、それぞれ図9と図6になるが、この場合には2つ目ごととのサブキャリア周波数が受信機の中でサブキャリアとして判断される。明らかなように、ユーザ2に対してと同様にユーザ1に対してもサブキャリア間の直交性が保持されていれば、これまでの2つの解は同様であるだろう。しかし、下記で述べるように、ユーザ1に対しては直交性が維持されないが、電力制御を利用することができるので、この場合は、上記の場合とは異なっている。
ICIのレベル、従って、信号対雑音比(SNR)は次のようにして算出できる。簡単のために、どちらのユーザも変調方式として64−QAMを用いること、実効SNR、すなわち、受信機でのSNR、として、例えば、25dBが必要であることを仮定する。さらに簡単のため、熱雑音は無視できて、2人のユーザの動作性能はICIだけで決まると仮定する。多くの場合はこの条件が満足され、この場合は、実効SNRは次式のようになる。
Figure 0004981040
ここに、fは正規化ドップラ周波数、すなわち、ドップラ周波数をサブキャリア周波数間隔で割ったものである。図16は実効SNRを正規化ドップラ周波数の関数として示したものである。SNRに関する上記の公式は、希望信号の電力を正規化すれば、ICIのレベルが
Figure 0004981040
であるという事実から直ちに導かれる。
さらに、ユーザ1はかなりの速度、例えば、正規化ドップラ周波数でf=0.06の速度で移動しており、ユーザ2は静止していてf=0であると仮定する。
全周波数帯域が、従来技術に従って2人のユーザに割り当てられているとする。すなわち、サブキャリアが図10に示す形で2人のユーザに分配されているとする。このときはユーザ1のSNRは約22dBになり、仮定では25dBが必要であるとしているので、ユーザ1は64−QAM信号を受信することができない。一方、ユーザ2では、動作性能を限定するドップラ効果がないので、64−QAM信号を容易に受信することができる。ユーザ1の低いSNRは、ほとんど完全に自らの作り出すICIによるものである(ユーザ1のサブキャリアの近傍にあるユーザ2のサブキャリアの数は少ない)ことに注目することができる。今後、ユーザが自分で作り出す干渉を、自己干渉と呼ぶことにする。自己干渉に関する問題点は、自己干渉は希望信号の電力に比例しており、この場合には電力制御が役に立たないという点である。図11は、ユーザ1とユーザ2に割り当てられたサブキャリアの電力レベルを示す。ユーザ1に割り当てられたサブキャリアの電力レベルは、ユーザ2に割り当てられたサブキャリアの電力よりも高く設定されている。図12は、ユーザ1によって受信されたスペクトルであり、自己干渉があるために、電力制御を施してもユーザ1のSNRが改善しないことが容易に分かる。
次に、本提案の方法、すなわち、2つごと(1つおき)のサブキャリアを、それぞれ2人のユーザに交互に割り当てる場合を考える。データが2人のユーザに同じ電力レベルで送信されるとすれば、事情は、ユーザ1は64−QAMの受信をできないがユーザ2はできるという、以前の場合と同じである。ここでの相違は、ユーザ1に対するICIの主な原因はユーザ2によって作られ、したがって、電力制御が役に立つ解であるかも知れなという示唆が得られることである。ここで提案している接続方法でのユーザ1に対する干渉レベルは、正確に下記の式によって算出されることを示される。
Figure 0004981040
ここに、PとPは、それぞれ、ユーザ1とユーザ2の電力である。式(3)を参照すると、ユーザが等しい電力で送信している場合には、干渉レベルは式(2)と同じであることが容易に知れる。しかし、ユーザ1に対するSNRは、
Figure 0004981040
で表されるので、P>>Pとすれば、ユーザ2による干渉レベルが1/4に減少(6dB減少)することがわかる。特に、もし、P=P/3とすれば、Iは3dB減少し、ユーザ1のSNRは25dBとなり、それにより64−QAMを受信できるようになる。明らかに、ICIの問題の解決の可能性は、2人のユーザが隣接したサブキャリアを用いないことから由来する。
図14は、サブキャリアが1つおきに2人のユーザに用いられた場合で、ユーザ1に割り当てられたサブキャリアの電力が、ユーザ2に割り当てられたサブキャリアの電力よりも高く設定されている場合を示す。図15はユーザ1により受信されるスペクトルであり、ユーザ1に用いられているそれぞれのサブキャリアに近接したサブキャリアの電力がより低いレベルに設定されている。これにより、電力制御によってユーザ1のSNRが増加することが容易に分かる。
上記の説明では、信号はチャネルを通して2人のユーザにだけ送信されていて、片方のユーザは高速度で移動しており、他方のユーザは基本的には静止していると仮定していた。以下では、より一般的な場合を検討する。そのために以下の定義を導入する。
・NFFTは用いられるサブキャリアの数である(通常、FFTのサイズと比べて幾分か小さい値である)。
・Nはチャネルに同時に接続しているユーザの数である(全体でNFFT以下のサブキャリアを用いている)。
・SNR=S/(N+I)は、ユーザnが経験する信号対雑音比である。ここに、Sは希望信号の電力、Nは熱雑音電力、Iはドップラスプレッドによる干渉である。
理想的な場合のOFDMシステムにおいては、異なった周波数の直交性が保証されているので、電力制御の使用はそれぞれの伝搬路(パス)の損失を補償するためだけに選択してよい。または、サブキャリア間の直交性の失われることにつながる不完全性に対してシステムをよりロバストにするために、全てのユーザに同じ電力で送信してもよいだろう。
しばしば、ICIの影響を考えるときに、全てのサブキャリアによって生ずる全ICIが考慮される。これは、全てのサブキャリアに関して総和を取ることにより求められ、その結果は下式のようになる(ここでも単位電力が仮定されている)。
Figure 0004981040
ここに、総和インデックスkは(周波数ビンの数での)距離に対応している、また、fは、正規化ドップラ周波数である。上添え字(1)は、用いられるサブキャリアの間のビンでの距離を示す。
1人のユーザだけが2つ目ごと(1つおき)の周波数ビンにて送信をする場合は、自己干渉は下式で表される。
Figure 0004981040
同様に、m個目ごとのビンに割り当てられるユーザに関しては下式で与えられる。
Figure 0004981040
図17は、用いられるサブキャリアのビン間の距離の関数として表した自己干渉を示す。図より、ビンを離して割り当てることにより自己干渉が減少すること分かる。このように、上式(または図17)を参照することにより、孤立したユーザに対しては、隣接したサブキャリアを割り当てず、ある程度距離の離れたサブキャリアを割り当てることにより、動作性能を改善することができる。
あるユーザから他のユーザに対する(平均)干渉量に関しては、一般的な場合は、上記のように簡単には説明できない。すなわち、I(1)の何倍という表現にはならない。しかしながら、ユーザkの受ける干渉量は、全てのビンの上にあるユーザnがユーザkに与える干渉量の合計(使用されている全てのビンからの合計)であると考えるのが分かりやすい。以下でI(k;n)は、双方のユーザが同じ電力で送信している場合の干渉量を示す(I(k;n)は”漏れ係数”と見ることができ、漏れが動作性能に及ぼす影響もまた双方のユーザの(相対)電力による)。
可能であれば利用可能な周波数の総数を用いるべきであるので、帯域の中の全てのサブキャリアが他のユーザに使用されていて、しかもなお、全体としてシステム全体の効率を損なうことがない、という条件で考えることが大切である。
これを達成する1つのアルゴリズムを以下で説明する(簡単のために雑音項を無視する)。そのフローチャート100を図18に示す。
1.ステップ101においてそれぞれのユーザが受けるドップラ効果を推定する。ステップ102においてそれぞれのユーザにサブキャリアを割り当てる。サブキャリアを割り当てる方法は、先ず最も高いドップラレベルを持つユーザから始めて、次に2番目に高いドップラレベルを持つユーザ、というように、次々と各ユーザにサブキャリアを割り当てて行き、全てのサブキャリアを全てのユーザに割り当てる。電力制御を効率よく行うために、上記で説明したように、それぞれのユーザにはサブキャリアを十分に離して割り当てることにより、自己干渉を十分に低くしなければならない。
2.ステップ103において、それぞれのユーザが受けるICIを下式により推定する。
Figure 0004981040
ここに、I(k;n)は上記で定義したユーザnからユーザkへの漏れ係数を示す。
3.ステップ104において、それぞれのユーザが得る信号対雑音比を下式により推定する。
Figure 0004981040
4.ステップ105において、ユーザのSNRとIに基づき、動作性能を極力よくするようにPを更新する。動作性能を評価する基準は、例えば、チャネルに接続しているNユーザに対する全データレートでもよいし、または、チャネルに接続できるユーザ数(極力多い方がよい)でもよい。
図19は、推定された2人のユーザに対するドップラ周波数fD,1とfD,2に従って、割り当て装置20、および電力制御装置21の中で、ユーザ1とユーザ2のデータ信号に対してどのようにサブキャリアを割り当てるか、および、どのように信号の電力を設定するかを示している。この場合、データは2人のユーザからのみ送信されると仮定している。
それぞれ個々のユーザに対するドップラ効果の推定に基づいて、それぞれのユーザが、他のユーザから受けるICIが算出される。高いドップラレベルによって、または他のユーザの電力が大きすぎるが故に、非常に高いICIを受けるユーザに対しては、他のユーザからのICIを低減するために、サブキャリアの距離を大きくする。または、代替として、電力を増加させる。他のユーザを助けるために、ゆっくりと移動するユーザに対しては、ICIレベルが上昇していないかを調べる。もし上昇しているのであれば、ゆっくりと移動するユーザの動作性能を損なわないようにしながら、他のユーザの電力を増加させることもあり得る。可能な限りの最良な動作性能が得られるように、例えば、ユーザの全処理量が最大または遅延時間が最小になるように、アルゴリズムは実行される。ユーザが受けるドップラ効果は、送信機側で推定され、割り当て装置20へ直接供給されてもよいし、または、遠隔の受信機で推定され、その情報が送信機側に送り返されてもよい。その送り返された情報は割り当て装置20に供給される。
上記のアルゴリズムに関して、注意事項として以下の事項を挙げることができる。サブキャリアの割り当てかたについて、このうちの幾つかの考え方が取り入れられてもよい。例えば、
・それぞれのユーザのサブキャリアは、極力遠くに離して置くようにする。すなわち、ユーザのサブキャリアは、自己干渉を最小にするために、全周波数帯域に拡散させる。
・それぞれのユーザのサブキャリアは、自己干渉が十分に減衰することを保証できるように、必要なだけ遠くに離して置くようにする。
・ユーザは、”高いドップラ効果を受けるユーザ”と”低いドップラ効果を受けるユーザ”とに分類することができる。そして、電力制御が確実に有効に作用するように、2つのグループのユーザに対してインターレース配置でサブキャリアを割り当てるようにする。
・例えば、あまりにも多くのユーザが非常に大きなドップラレベルを持つが故に、全てのユーザがチャネルに接続できないかもしれない。その場合には、サブキャリアの割り当てかたは、1つのOFDMシンボルから次のOFDMシンボルへと変えて割り当ててもよい。すなわち、1ユーザが1サブキャリアの全てのシンボルを占有するのではなくて、ユーザ間に実効的な時分割の考え方を採用してもよい。
それぞれ個々のユーザに対するSNRを推定する方法に関して、これまでに述べた方法は、例えば、雑音のような、他の擾乱の効果を含む場合にも容易に拡張できるであろう。その他の擾乱の効果は、下式のように、ユーザkの雑音の項Nに実効的に含めて考えてもよい。
Figure 0004981040
上記で述べたように、それぞれ個々のユーザの受けるドップラ効果は、ユーザからのアップリンクでの送信に基づいて基地局で推定することができる。これは図20に示されている。ここで、IFFT12から供給されるダウンリンクの信号は、基地局の送信機22から、ユーザ1の受信機25とユーザ2の受信機27へ送信される。一方、ユーザ1の送信機26とユーザ2の送信機28から送信されるアップリンクの信号は、基地局の受信機23により受信される。ドップラ推定装置24では、受信したアップリンクの信号に基づいて2人のユーザのドップラレベルを推定する。そしてその推定結果は、ダウンリンクでの伝送でユーザが受けるドップラ効果を表現する値として、割り当て装置20と電力制御装置21の中で用いられる。このようにこの方法では、ユーザのドップラレベルに関する情報は、移動局から基地局に送信する必要はない。このことは、基地局と移動局の2つの送受信機の相対速度は相反的であるという事実を利用している。しかし、アップリンクとダウンリンクでの伝送は異なった周波数を用いているかもしれないので、チャネルは相反的でない可能性はある。
代替の構成として、ドップラ推定装置は、ダウンリンクの伝送においてユーザが受けるドップラレベルを推定するために、それぞれの移動局の中に設けられてもよい。これは図21に示されている。ここに、ドップラ推定装置32と33は、それぞれユーザ1とユーザ2が受けるドップラレベルを推定する。推定されたドップラレベルに関する情報は、移動局の送信機26と28、および基地局の受信機23を通して基地局に送信される。それぞれ個々のユーザに対するドップラレベルに関する情報はレジスタ34に記憶され、割り当て装置20と電力制御装置21の中で用いることができる。
ドップラスプレッドは種々の方法で推定されてもよいであろう。通常用いられる方法は、受信信号があるレベルを横切る回数を計測する方法である。これは、例えば、最初に受信電力の平均値を推定し、その後に受信電力がこの平均値を何度下回ったかを計数する方法である。毎秒あたりのこの生起回数はドップラスプレッドに比例している。代替の方法として、たとえば、チャネルの実数部(チャネルは複素数である)を考慮し、この実数部が、毎秒何回正から負に変わるかを推定する。すなわち、複素平面の虚数軸を通過する毎秒あたりの回数を推定する方法である。OFDMシステムに対しては、いくつかのサブキャリアの上で送信されるパイロットシンボルを用いて行われてもよいであろう。
ここで説明したソリューションは、ダウンリンクにおけるサブキャリアを割り当てる方法に対して柔軟性を与えるものである。あるユーザに割り当てるサブキャリアは、そのユーザ対して推定されたドップラ効果が高いほど、周波数間隔をより大きく離して割り当てる。必要なサブキャリアの間隔に基づいて、(ドップラレベルの高いユーザに対して)時分割の考え方を取り入れてもよい。時分割の考え方を導入することにより、実効的に十分なサブキャリアの間隔を得ることができる。OFDM多元接続システムにおいては、それぞれ個々のサブキャリアは、少なくとも部分的には、それぞれのユーザのドップラ効果に基づいて割り当てられる。これにより、ICIを軽減する電力制御に対する効率的な手段を得ることが可能になる。ここで開示された方法は、それぞれのユーザは非常に異なったドップラレベルを持っている場合でも、ICIをユーザ全体に等しく分布させる手段であると考えることができる。
これまで、本発明の種々の実施形態が、説明され示されたが、本発明はそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に明記した本発明の視野の中で、その他の形態においても実施が可能である。
基地局と移動局の間におけるマルチパスの一例を示す図である。 マルチパスを持つチャネルに対する電力遅延プロファイルの一例を示す図である。 OFDMシステムの送信機と受信機の中で用いられる逆高速フーリエ変換(IFFT)と高速フーリエ変換(FFT)のブロックを示す図である。 単一のサブキャリアに対するフーリエ変換を示す図である。 図4のフーリエ変換の振幅スペクトルを示す図である。 8つの直交サブキャリアに対する合成振幅スペクトルを示す図である。 それぞれのOFDMシンボルへのガードインターバルの挿入を示す図である。 ドップラスプレッドによって図5に示すスペクトルがどのような影響を受け得るかの一例を示す図である。 ドップラシフトとドップラスプレッドによって図6に示すスペクトルがどのような影響を受け得るかの一例を示す図である。 従来技術による2ユーザに対するサブキャリアの割り当ての一例を示した図である。 図10に従って割り当てられたサブキャリアに対する電力制御の使用を示す図である。 図11に対応した受信スペクトルを示す図である。 2ユーザに対するサブキャリアの割り当ての別の一例を示す図である。 図13に従って割り当てられたサブキャリアに対する電力制御の使用を示す図である。 図14に対応した受信スペクトルを示す図である。 実効的な信号対雑音比を正規化ドップラ周波数の関数として示す図である。 自己干渉を割り当てられたビンの距離の関数として示す図である。 推定されたドップラ効果に従ったサブキャリアの割り当てと電力制御を示す流れ図である。 推定されたドップラ効果に従って、2ユーザのデータ信号がどのようにサブキャリアに割り当てられ電力制御が行われるかを示す図である。 基地局におけるドップラ効果の推定のしかたを示す図である。 移動局におけるドップラ効果の推定のしかたを示す図である。

Claims (20)

  1. 直交周波数分割多重を用いる無線通信システムにおいて1つの送受信機から少なくとも2つの遠隔送受信機へデジタルデータシンボルを送信する方法であって、多数の利用可能なサブキャリアが前記遠隔送受信機の間で共用されており、該方法は、
    ・前記遠隔送受信機が経験しているドップラ効果の強度に関する情報を提供するステップ(101)と、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報に依存して前記遠隔送受信機の各々にサブキャリアを割り当てるステップ(102)と、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報に依存して前記遠隔送受信機の各々に送信する電力レベルを制御するステップ(103,104,105)と、
    を含み、
    電力レベルを制御する前記ステップは、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報から前記遠隔送受信機の各々で経験されるキャリア間干渉のレベルを推定するステップ(103)と、
    ・推定されたキャリア間干渉のレベルから前記遠隔送受信機の各々の信号対雑音比を推定するステップ(104)と、
    ・推定された信号対雑音比に基づいて前記遠隔送受信機の各々に送信する電力レベルを更新するステップ(105)と、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. サブキャリアを割り当てる前記ステップは、
    比較的小さなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機に割り当てられた少なくとも1つのサブキャリアにより、比較的大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機に割り当てられた複数のサブキャリアを分割するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. サブキャリアを割り当てる前記ステップは、
    ・最も大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てるステップと、
    ・2番目に大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを割り当てるステップと、
    ・全てのサブキャリアが割り当てられるまで、次に大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを繰り返し割り当てるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. サブキャリアを割り当てる前記ステップは、
    前記遠隔送受信機の各々に対する複数のサブキャリアを可能な限り分割するステップを含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  5. サブキャリアを割り当てる前記ステップは、
    受信部における自己干渉量が所定の限界値以下に保持される範囲で、前記遠隔送受信機の各々に対する複数のサブキャリアを分割するステップを含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  6. サブキャリアを割り当てる前記ステップは、
    ・複数の遠隔送受信機を、比較的大きなドップラ効果の強度を経験している第1の遠隔送受信機グループと比較的小さなドップラ効果の強度を経験している第2の遠隔送受信機グループとに分類するステップと、
    ・前記第1の遠隔送受信機グループに割り当てられたサブキャリアと前記第2の遠隔送受信機グループに割り当てられたサブキャリアとをインターレース配置するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  7. 電力レベルを更新する前記ステップは、
    推定された信号対雑音比が所定の参照値を下回る遠隔送受信機に送信する電力レベルを増大するステップを含むことを特徴とする請求項に記載の方法。
  8. ドップラ効果の強度に関する情報を提供する前記ステップは、
    前記遠隔送受信機から受信したデジタルデータシンボルから前記送受信機内で前記強度を推定するステップを含むことを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の方法。
  9. ドップラ効果の強度に関する情報を提供する前記ステップは、
    前記遠隔送受信機から前記情報を受信するステップを含むことを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の方法。
  10. 無線通信システムにおいて少なくとも2つの遠隔送受信機へデジタルデータシンボルを送信する送受信機であって、該送受信機は直交周波数分割多重を用い、多数の利用可能なサブキャリアが前記遠隔送受信機の間で共用されており、該送受信機は、
    ・前記遠隔送受信機が経験しているドップラ効果の強度に関する情報を提供する回路(24;34)と、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報に依存して前記遠隔送受信機の各々にサブキャリアを割り当てる割り当て部(20)と、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報に依存して前記遠隔送受信機の各々に送信する電力レベルを制御する電力制御部(21)と、
    を含み、
    前記電力制御部(21)は、
    ・ドップラ効果の強度に関する前記情報から前記遠隔送受信機の各々で経験されるキャリア間干渉のレベルを推定し、
    ・推定されたキャリア間干渉のレベルから前記遠隔送受信機の各々の信号対雑音比を推定し、
    ・推定された信号対雑音比に基づいて前記遠隔送受信機の各々に送信する電力レベルを更新する、
    よう構成されることを特徴とする送受信機。
  11. 前記割り当て部(20)は、
    比較的小さなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機に割り当てられた少なくとも1つのサブキャリアにより、比較的大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機に割り当てられた複数のサブキャリアを分割するよう構成されることを特徴とする請求項10に記載の送受信機。
  12. 前記割り当て部(20)は、
    ・最も大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを割り当て、
    ・2番目に大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを割り当て、
    ・全てのサブキャリアが割り当てられるまで、次に大きなドップラ効果の強度を経験している遠隔送受信機にサブキャリアを繰り返し割り当てる、
    よう構成されることを特徴とする請求項10または11に記載の送受信機。
  13. 前記割り当て部(20)は、
    前記遠隔送受信機の各々に対する複数のサブキャリアを可能な限り分割するよう構成されることを特徴とする請求項10乃至12の何れか一項に記載の送受信機。
  14. 前記割り当て部(20)は、
    受信部における自己干渉量が所定の限界値以下に保持される範囲で、前記遠隔送受信機の各々に対する複数のサブキャリアを分割するよう構成されることを特徴とする請求項10乃至12の何れか一項に記載の送受信機。
  15. 前記割り当て部(20)は、
    ・複数の遠隔送受信機を、比較的大きなドップラ効果の強度を経験している第1の遠隔送受信機グループと比較的小さなドップラ効果の強度を経験している第2の遠隔送受信機グループとに分類し、
    ・前記第1の遠隔送受信機グループに割り当てられたサブキャリアと前記第2の遠隔送受信機グループに割り当てられたサブキャリアとをインターレース配置する、
    よう構成されることを特徴とする請求項10乃至12の何れか一項に記載の送受信機。
  16. 前記電力制御部(21)は、
    推定された信号対雑音比が所定の参照値を下回る遠隔送受信機に送信する電力レベルを増大することにより電力レベルを更新するよう構成されることを特徴とする請求項10に記載の送受信機。
  17. ドップラ効果の強度に関する情報を提供する前記回路(24)は、
    前記遠隔送受信機から受信したデジタルデータシンボルから前記強度を推定するよう構成されることを特徴とする請求項10乃至16の何れか一項に記載の送受信機。
  18. ドップラ効果の強度に関する情報を提供する前記回路(34)は、
    前記遠隔送受信機から前記情報を受信するよう構成されることを特徴とする請求項10乃至16の何れか一項に記載の送受信機。
  19. コンピュータに請求項1乃至の何れか一項に記載の方法を実行させるためのコンピュータプログラム。
  20. コンピュータに請求項1乃至の何れか一項に記載の方法を実行させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ可読の記録媒体。
JP2008515101A 2005-06-09 2006-05-31 Ofdm多元接続システムにおけるドップラ依存の電力制御およびサブキャリア割り当て Expired - Fee Related JP4981040B2 (ja)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US68871805P 2005-06-09 2005-06-09
EP05388047.2 2005-06-09
US60/688,718 2005-06-09
EP05388047 2005-06-09
EP06388035.5 2006-05-18
EP06388035A EP1732244B1 (en) 2005-06-09 2006-05-18 Doppler dependent power control and sub-carrier allocation in OFDM multiple access systems
PCT/EP2006/005190 WO2006131250A1 (en) 2005-06-09 2006-05-31 Doppler dependent power control and sub-carrier allocation in ofdm multiple access systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008546331A JP2008546331A (ja) 2008-12-18
JP4981040B2 true JP4981040B2 (ja) 2012-07-18

Family

ID=36763306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008515101A Expired - Fee Related JP4981040B2 (ja) 2005-06-09 2006-05-31 Ofdm多元接続システムにおけるドップラ依存の電力制御およびサブキャリア割り当て

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8050338B2 (ja)
EP (1) EP1732244B1 (ja)
JP (1) JP4981040B2 (ja)
AT (1) ATE500703T1 (ja)
DE (1) DE602006020370D1 (ja)
ES (1) ES2361615T3 (ja)
TW (1) TW200713889A (ja)
WO (1) WO2006131250A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4633189B2 (ja) * 2007-03-16 2011-02-16 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 通信システム、送信装置、通信方法
US8614979B2 (en) * 2008-09-30 2013-12-24 Intel Corporation Techniques for high mobility communications
JP2010193197A (ja) 2009-02-18 2010-09-02 Ntt Docomo Inc 移動通信端末およびその制御方法
US8331254B2 (en) * 2009-07-29 2012-12-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Interference-aware resource assignment in communication systems
JP2012085237A (ja) * 2010-10-14 2012-04-26 Panasonic Corp 通信システム、基地局、端末及び通信方法
US9444561B2 (en) 2013-07-29 2016-09-13 Ixia Methods, systems and computer readable media for simulating per user equipment (UE) doppler shifts for testing air interface devices
US9432859B2 (en) * 2013-10-31 2016-08-30 Ixia Methods, systems, and computer readable media for testing long term evolution (LTE) air interface device using per-user equipment (per-UE) channel noise
US10142865B2 (en) 2016-04-20 2018-11-27 Krysight Technologies Singapore (Holdings) Pte. Ltd. Methods, systems and computer readable media for simulating per user equipment (UE) slow and fast signal fading for testing air interface devices
CN108111249B (zh) * 2016-11-24 2021-03-30 富士通株式会社 子载波的比特数分配和功率分配的方法、装置和电子设备
US10542443B2 (en) 2017-10-27 2020-01-21 Keysight Technologies, Inc. Methods, systems, and computer readable media for testing long term evolution (LTE) air interface device using emulated noise in unassigned resource blocks (RBs)
US11089495B2 (en) 2019-07-11 2021-08-10 Keysight Technologies, Inc. Methods, systems, and computer readable media for testing radio access network nodes by emulating band-limited radio frequency (RF) and numerology-capable UEs in a wideband 5G network

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2995065B2 (ja) * 1989-07-03 1999-12-27 日本電信電話株式会社 移動通信方式における送信電力制御方法
JP3014308B2 (ja) * 1994-10-24 2000-02-28 エヌ・ティ・ティ移動通信網株式会社 移動通信システムにおける送信電力制御方法
JPH1079701A (ja) * 1996-09-03 1998-03-24 Fujitsu Ltd 移動通信端末及びその送信電力制御方式
JP3112659B2 (ja) * 1997-05-30 2000-11-27 株式会社次世代デジタルテレビジョン放送システム研究所 周波数ダイバーシティ方式ならびにその送信装置、受信装置
JP3127918B1 (ja) * 1999-07-14 2001-01-29 住友電気工業株式会社 路車間通信システム並びに路上通信局及び車載移動局
US6564042B1 (en) * 2000-03-03 2003-05-13 Qualcomm Incorporated Velocity-estimation-based gain tables
JP4048405B2 (ja) * 2000-12-05 2008-02-20 日本電気株式会社 送信電力制御方式及びその方法並びにcdma移動体端末
EP1478148A1 (de) * 2003-05-15 2004-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Drahtloses Mehrträgerkommunikationsverfahren mit dynamischer Aufteilung der Frequenzbreite und Anzahl der Subbänder
KR20050053907A (ko) * 2003-12-03 2005-06-10 삼성전자주식회사 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동 통신시스템에서 서브 캐리어 할당 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006131250A1 (en) 2006-12-14
US20080212697A1 (en) 2008-09-04
ATE500703T1 (de) 2011-03-15
ES2361615T3 (es) 2011-06-20
EP1732244B1 (en) 2011-03-02
US8050338B2 (en) 2011-11-01
EP1732244A1 (en) 2006-12-13
JP2008546331A (ja) 2008-12-18
DE602006020370D1 (de) 2011-04-14
TW200713889A (en) 2007-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4981040B2 (ja) Ofdm多元接続システムにおけるドップラ依存の電力制御およびサブキャリア割り当て
US7660229B2 (en) Pilot design and channel estimation
US8559295B2 (en) Method and apparatus for pilot signal transmission
KR100539925B1 (ko) 직교주파수분할다중 시스템에서 부반송파 할당 장치 및 방법
US8310994B2 (en) Method for configuring and managing channels in a wireless communication system using AMC channels and diversity channels, transmission/reception apparatus thereof, and system thereof
EP1585246A2 (en) Apparatus and method for switching between an AMC mode and a diversity mode in a broadband wireless communication
JP5302887B2 (ja) キャリア間干渉を相殺する伝送方法及び伝送装置
US20090168923A1 (en) Multicarrier-signal receiving apparatus and multicarrier-signal transmitting apparatus
JP2004336746A (ja) 多重アンテナを用いる直交周波分割多重システムにおけるチャネルの推定装置及び方法
Agrawal et al. BER analysis of MIMO OFDM system for AWGN & Rayleigh fading channel
KR20060008576A (ko) 기지 순환접두부호를 이용하여 적응적 변조를 수행하는다중 반송파 전송 시스템 및 방법
Das et al. Performance analysis of OFDM systems with adaptive sub carrier bandwidth
JP4809373B2 (ja) 通信制御方法、受信局装置、送信局装置および通信システム
CN106470180B (zh) 基于滤波器组多载波调制的信号发送方法、接收方法和装置
KR100646553B1 (ko) 멀티-캐리어 전송 방법 및 장치
KR100913871B1 (ko) 직교주파수다중접속 방식의 이동통신 시스템에서 파일럿 배치 방법 및 장치
KR101359840B1 (ko) 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서자원 배치 장치 및 방법
Das et al. Dynamically adaptive bandwidth for sub carriers in OFDM based wireless systems
JP2004328017A (ja) 二重化通信システムに適用される交互配列された周波数分割二重化方法
Kaur et al. Performance evaluation of coded OFDM based WiMax system under different fading environments
E Abdul Fatah et al. Impact of Downlink Distributed and Adjacent Subcarrier Permutation Modes on the Performance of Mobile WiMAX System in ITU-R Ped. B Channel with Obtaining Optimum Cyclic Prefix
KR20050119592A (ko) 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법
KR20070092339A (ko) 다중 반송파 시스템에서의 파일럿 할당 방법
Abdul Fatah et al. Impact of Downlink Distributed and Adjacent Subcarrier Permutation Modes on the Performance of Mobile WiMAX System in ITU-R Ped. B Channel with Obtaining Optimum Cyclic Prefix.

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090518

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120309

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120402

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120419

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4981040

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees